活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　吸附脫硫是在溫和條件下去除有害硫的可靠技術�；钚蕴坎牧暇哂性S多優點，并且經常用于吸附脫硫研究，但是直到現在，活性炭的制作方法越來越復雜并且對于脫硫的能力有限。本期我們使用廢棄材料經過碳酸氫鈉輔助發酵法生產具有高比表面積和豐富的含氧官能團的活性炭原料。與使用常用方法制得的活性炭脫硫相反，所制得的活性炭顯示出優異的吸附性能，并且能夠實現戊硫醇的超深度脫硫。因此，我們提供了一種合成具有高吸附性能的吸附劑的簡單方法，并且我們期望這些吸附劑可用于工業吸附脫硫。

　　脫硫活性炭合成的方法

　　有些廢棄材料是不可生物降解的材料，因此會帶來環境問題。但是，這些問題可以通過回收和再利用來解決。以前也有人使用這種廢棄材料制備活性炭，方法包括在約500°C的溫度下對原材料進行碳化，然后將所得樣品進行物理活化過程，然后進行HNO和NaOH化學活化等。另外，金屬和金屬氧化物已經被添加到活性炭材料中以進一步增強吸附性能。因此，為了避免引入金屬并簡化合成步驟，對合成方法的進一步研究變得極為重要。首先，將5.05 g的廢棄材料顆粒和10.2 g的KOH研磨并混合，然后轉移到50 mL的蒸餾水中并在60°C下攪拌，該過程的目的是去除廢棄材料的表面雜質。將獲得的樣品過濾，洗滌并干燥。然后，將得到的黑色固體與​​碳酸氫鈉分別以1：1、1：1.5和1：2的質量比混合。最后，將所得混合物在氮氣氛下在800℃下煅燒2小時。所制備的材料標記為活性炭1、1.5、2(圖1a)。

　　圖1 ：(a)是活性炭合成的示意圖。(b和c)活性炭和炭1.5的SEM圖像。

　　吸附脫硫實驗測試

　　通過將適量的戊硫醇溶解在正辛烷中來制備具有不同初始硫濃度(15、28、38和48 ppm)的模型燃料。使用類似的方法來制備含有27 ppm S的丁硫醇模型燃料。吸附過程包括將0.1 g活性炭和20 mL模型燃料添加到50 mL錐形燒瓶中，并在一定溫度下攪拌該混合物。使用氣相色譜-火焰光度檢測器確定殘留的硫濃度。

　　接下來，確定各種活性炭的吸附性能，包括使用碳酸氫鈉輔助發酵法制備的活性炭。結果在圖2中給出。炭1.5從戊硫醇中去除了較多的硫，實現了相對較高的吸附能力。相反，在相同的實驗條件下，沒經過碳酸氫鈉制成的活性炭吸附能力相對較差，僅去除了23.8%的硫。被測活性炭從戊硫醇中去除的硫的百分比遵循趨勢炭1.5(99.7%)>炭1(98.6%)>炭2(79.9%)>活性炭(23.8%)。多孔吸附劑的優異性能可歸因于路易斯酸堿，其源自活性炭中的含氧官能團，強范德華相互作用，分層多孔結構和高比表面積。

　　圖2：通過各種活性炭從戊硫醇中去除的硫的百分比。

　　基于以上結構表征和實驗結果，得出了吸附機理。戊硫醇分子中的強路易斯酸S原子與活性炭中來自氧原子的一對電子相互作用。大孔和中孔的存在有助于活性炭的比表面積增加，暴露出更多的內部原子，并促進了質量傳遞，從而使吸附劑易于與硫化物接觸。關于炭1.5的工業應用前景，考慮了硫的初始濃度對吸附性能的影響。如圖3所示，對于初始含硫量分別為15、28、38和48 ppm的模型燃料，炭1.5的平衡吸附容量為每克吸附劑3.0、5.6、7.6和9.6 mgS。值得注意的是，在此濃度范圍內，吸附劑的硫去除率高于97%。這組結果表明該材料對于去除低濃度的硫化物具有明顯的工業應用價值。

　　圖3：初始硫濃度對活性炭1.5吸附戊硫醇的影響。

　　用廢棄材料經過碳酸氫鈉輔助發酵法可用于制備活性炭，所得活性炭顯示出出色的吸附脫硫能力，可以從從戊硫醇中去除了99.7%的硫，并使用溫和的活性炭達到了幾乎完全的脫硫條件。出色的性能歸因于大孔和中孔，促進了質量轉移，戊硫醇分子中的強路易斯酸S原子與活性炭中氧原子對的電子相互作用。因此，該研究可為制備用于清潔燃料工業生產的高效吸附劑提供動力。

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